建立了一套单模光纤型光学相干层析(OCT) 成像系统.系统采用了不同于国内其他组的新型频域快速扫描延迟线(FD-ODL) 和外差平衡接受技术,采取了一系列提高系统信噪比的方法,成功地实现高信噪比(113dB)、高分辨率、大成像深度的层析图像的提取,获得了纵向分辨率9μm、横向分辨率10μm、深度2.88μm的清晰的皮肤OCT图像.该系统比传统的采用时域延迟线的OCT在信噪比上高出了一个量级.

本文通过对新型四频差动激光陀螺输出信号的分析,给出了一种适应新型四频差动激光陀螺输出信号的检测方法.通过APD和高频低噪声前置放大器实现光电接收,通过集中选频放大电路进行滤波和放大,然后采用模拟乘法器实现自乘检波,并根据该方法设计了实际的检测电路.采用直管四频激光器的背向输出来模拟新型四频差动激光陀螺的输出,对电路进行了实际测试.通过测试,验证了检测电路方法的可行性.

指纹图像的采集处于指纹识别系统的最前端,图像质量的好坏直接关系到系统的处理速度和准确性.针对目前广泛使用的半导体指纹传感器,根据指纹本身的固有特性,设计出一组多通道Gabor滤波器对指纹图像进行分解和特征提取,并结合基本的图像质量评估指标进行质量分析和判断.实验结果表明:该算法能有效地判断半导体指纹传感器的图像质量,有助于提高自动指纹识别系统的整体性能.

在液晶显示器的各种视觉缺陷中,斑痕缺陷的检测是最为复杂的问题,尚未能有效解决.为了实现自动化作业,提出了一种新的斑痕缺陷检测方法.在图像分割中,提出了一种基于最小二乘法多项式曲面拟合技术的背景建模方法.利用该背景模型,可以将可能含有斑痕缺陷的图像区域从复杂背景中分割出来.在特征提取中,综合考虑了目标区域的对比度、面积、位置、轮廓、形状和亮度均匀性等特征量,建立了一种新的斑痕缺陷模型.在模式识别中,设计了基于规则的模糊分类器.该方法可以充分利用检测人员的经验和知识从而获得与人类观察者心理特点相一致的检测结果.

纹理检测及分析不仅对于云图的自动识别,而且对云图的日常应用非常重要.本文采用直方图统计法对融合卫星云图进行了纹理检测和分析,提出了采用信息熵度量卫星云图上的"稠密度",并利用夏季融合云图进行了大量试验.试验结果表明,信息熵纹理检测结果优于其它统计量,能检测出强云团内部的不同纹理特征,且纹理图像可应用于日常气象工作中.本文在深层次、多角度挖掘气象卫星遥感数据信息方面做了一些探索性的工作.

针对气囊式小磨头抛光方法的缺陷,提出了一种新的气囊式抛光方法.本文对该气囊式抛光法的原理和抛光气囊的结构、运动方式等进行了阐述.在此基础上,结合装置开展了实验,给出了去除量、压力、粗糙度与时间的关系.研究结果表明,利用该气囊式抛光方法对非球面光学零件进行抛光,效果良好,表面粗糙度可达2nm,该方法能满足中高等精度的加工要求;该方法适合平面、球面、非球面、甚至任意曲面的抛光.

本文采用调和修补模型,给出了一种新的图像压缩方案.在图像编码端,采用边缘提取技术,仅对边缘扩展图像进行压缩编码,大大减少了需要编码的信息量.在图像解码端,采用调和修补模型来重建原始图像.通过对大量灰度和彩色图像进行实验,结果表明,该压缩方案能够在较少信息量的情况下得到很好的重建图像.

针对光电经纬仪在飞机起飞着陆段跟踪角速度大、背景复杂的情况,根据小波多分辨率技术,提出利用小波分层组成低频图像金字塔,利用光流技术进行匹配解算,实现由粗到精的特征点匹配跟踪.通过对飞行试验视频图像进行事后自动跟踪试验,结果表明,该算法能够稳定可靠跟踪多特征点目标,具有鲁棒性.

由于侦察图像相关性低,基于传统小波变换的图像编码在渐进恢复时低频近似图像边缘模糊.针对这个问题,提出了基于自适应小波变换结合EBCOT的编码方法.该方法通过区别对待平滑区域和边缘部分,降低边缘被平滑的程度,保持边缘清晰.为了达到无损编码,还推导了整数到整数的自适应小波变换.实验表明,该方法达到了图像的无损编码,并在压缩比基本不变的情况下,图像的低频近似效果得以改善.

传统的灰度重心法是一种用于对称目标的亚像素定位技术,但其抗噪声性能较差.针对这一问题,本文提出一种改进算法,通过将目标区域划分成内部像素区域和边缘像素区域两部分,并对内部像素灰度进行均值化,从而有效抑制内部像素噪声.同时,利用误差理论对改进算法的不确定性进行分析.最后,通过仿真实验验证了改进算法的正确性,并表明改进算法有更好的噪声抑制性能.

本文通过分析不同的图像预处理算法的特点,根据数字视频判读系统中图像预处理的需求,探讨了图像预处理中选取算法的原则和方法.提出了一种用自适应中值滤波降低噪声,并基于人眼视觉响应的非线性特性的局部对比度增强算法.该算法自适应性强,不但能提高图像的对比度,而且对弱小目标和图像细节有很好的增强性能,十分适合对数字视频判读的图像进行自动增强,提高判读系统的性能.

将C3I系统实时获取信息、传输信息、处理信息进行态势分析与估计,然后自动决策应用于光电干扰系统软件设计,能大幅度提高光电干扰系统的效能,从而提高战区C3I系统的攻击与防卫效能.首先描述光电干扰系统的功能需求,利用C4ISR与UML体系结构的高层处理过程提出UML建模的框架;接着应用UML遵循RUP的核心思想和基本原则对光电干扰系统软件进行了建模,逐步进行了需求收集、系统分析与系统设计,在每个过程均用一系列UML图来形象化地表示;最后提出了在建模过程中应注意的问题.利用已成为事实上标准并且符合人们思维习惯的UML进行系统建模,开发周期相对短,产品较丰富并且保证了系统开发和维护人员对系统的理解,系统分析、系统设计以及系统维护的一致性,更重要的是模型建立后可直接编程实现.

针对所设计的单横模Nd:YAG激光器谐振腔对梯度反射率镜的设计要求,以及遮蔽挡板是实现梯度反射率镜的重要内容,论文建立了精确设计遮蔽挡板的数学模型,提出了设计遮蔽挡板的算法,编程计算出具体的遮蔽挡板的孔径尺寸及安放位置,并分析模拟了遮蔽挡板的位置误差对反射率分布的影响.最后,根据遮蔽档板的设计与模拟分析,实际镀制出与设计目标相吻合的梯度反射率镜.

根据显微图像的几何特点,提出了基于HT (Hough Transform) 十字显微图像亚像素定位算法(SLACHT) 和基于HT近似圆显微图像亚像素定位算法(SLARHT),对显微图像特征中的直线和近似圆的亚像素定位做了深入的研究.通过与经典直线HT定位算法和经典随机HT圆定位算法进行实验对比,验证了该定位算法的优越性;通过与Matlab中的直线HT定位算法和圆HT定位算法进行实验对比,验证了该算法的可靠性.大量实验表明,该算法的定位精度优于0.01像素,具有运行速度快、鲁棒性强的特点.

提出一种基于MEMS的光栅光调制器,可用于投影显示等相关领域.介绍了其结构、工作原理及其加工流程,对器件进行傅里叶光学分析.分析得出,器件单像素在±1级对比度和光学衍射效率最大值分别为1225和51.4%,形成阵列后理论上最大值分别为无穷大和81%.采用Coventor软件进行光学仿真,得到器件实际情况下衍射花样,器件由于残余应力以及器件下拉时静电力作用产生翘曲变形,光学性能有所降低.

提出了一种新的探测对流层低层大气温度的转动拉曼激光雷达方法,通过测量N2和O2的后向散射的纯转动拉曼谱的强度,计算它们的比值来确定大气温度的垂直分布,并对其性能进行了数值模拟.转动拉曼激光雷达的光源是一个调Q的Nd:YAG激光器,经扩束器后输出能量200mJ;采用双光栅单色仪提取所需要的氮气和氧气的转动拉曼谱;接收机采用光电倍增管和双通道光子计数器,量子效率是10% (48000个脉冲累加).夜晚它对近地面10.2km高度内的探测信噪比在10 :1以上,白天它对近地面3.6km高度内的探测信噪比在10 :1以上,计算的温度与模拟用的温度真值阔线相差约0.3K.

基于单模光波导本征模场及其端面衍射场分布的高斯近似表达,推导出两个端面非接触光波导耦合的耦合系数的函数表达式,并基于此推导出阵列波导光栅解复用器的简单光谱响应效率的函数表达式.建立了分析阵列波导光栅解复用器光谱响应特性的简洁数学模型,阐明了阵列波导光栅解复用器对通道中心频率的响应度和相邻信号通道间的串扰与基本参数的关系,为设计和分析阵列波导光栅解复用器提供了理论基础.

本文对密集多子弹在空间坐标系中的左右相机弹点分布识别提出了一种新的方法.在各帧拍摄所得多子弹成像点中,提取子弹的形心坐标,根据子弹运动特点建立状态方程和测量方程,利用Kalman算法进行滤波.利用模糊c-均值聚类算法确定测量与弹丸轨迹的关联程度,从而实现弹道识别.仿真实验结果说明,该方法能有效地进行多子弹的弹道识别跟踪,并且算法简单、计算量小、易于工程实现.

提出了一种由双光纤定向耦合器组成的光学梳状滤波器,由传输矩阵法推导出了该模型输出光谱与有关参数之间关系的数学表达式,对决定滤波器输出光谱特性及其规律的相关参数进行了详细讨论.模拟与分析表明,在一定条件下,输出光谱半宽度Δλ1/2、输出消光比以及波长隔离度等仅与耦合器的耦合比系数有关,具有明显的法布里-珀罗腔多光束干涉的特点,耦合比系数非常类似法布里-珀罗腔中的反射率,通过控制耦合比系数可以调节滤波器的输出光谱半宽度Δλ1/2、输出消光比、波长隔离度,已适用不同的应用要求.

基于Er/Tm共掺石英光纤的能级跃迁及能量转移特性,建立了Er3+/Tm3+共掺石英光纤放大器的理论模型.采用离散算法,计算了自发辐射输出功率谱和放大器的信号增益.结果表明,依据模型计算的正向自发辐射输出功率谱与实验结果基本一致;输出信号的3dB增益带宽随不同的光纤长度和泵浦功率而变化;当输入的泵浦功率为0.2W,信号功率为1μW时,Er3+/Tm3+共掺石英光纤放大器的3dB带宽可达到110nm.

本文首先给出了纤端光场分布的3D模型并针对单模光纤与激光器的对接分析了错位、角度偏差等对接效率影响因素.通过与传统的爬山法进行比较,提出将遗传单纯形混合算法应用到光纤对接中.单纯形法是一种局部搜索方法,这种寻优方法收敛速度快,它与遗传算法组合起来可以改善单独使用遗传算法收敛速度慢的缺陷.同时,针对光纤对接要求初始种群小所造成的个体多样性差的缺点,改进了单纯形的反射、压缩系数,有效地避免了遗传操作的过早收敛,并通过仿真结果证明了混合算法可以在10代之内找到光纤对接的最佳耦合点.

针对机器人视觉对便携式三维扫描系统的大景深要求,利用Scheimpflug条件对CCD平面进行偏转,成功地将扫描系统的景深从30mm提高到了100mm以上;并根据CCD偏转后的摄像机模型,在理论上完整地推导了便携式集成三维扫描系统的物像关系方程.针对景深扩大后带来的测量精度降低的问题,提出了一种对系统全景深范围进行分段校准的新方法,提高了测量精度与系统分辨率.三维重建时,根据被扫描物体所对应的图像点在像平面上的不同位置分别调用不同的标定参数将二维图像坐标转变为物体的空间坐标,测量精度可以达到0.06mm.

提出一种基于激光光栅投影技术的硬合金刀具磨损的图像检测方法.利用采集待测物体栅线图样中未变形区域包含的相位信息,使用最小二乘迭代法将数据拟合,得到理想参考面相位分布参数,即获得理想参考面上的相位分布.由于不需另外采集实物参考面变形光栅图像,不仅减少了实物参考面的采集步骤,而且不需要对实物参考面相位进行求解.实验表明,该方法对于后刀面磨损检测速度快,实现了磨损区域三维形貌轮廓检测.

本文分析了几种摄影状态下空间目标滚转角的测量问题,提出了一种从单站光测数字图像确定目标滚转角的螺旋线法.该方法通过在圆柱形目标表面涂上边界为螺旋线的四区域标志,综合运用直方图均衡化、Susan边缘检测以及Hough变换等数字图像处理技术,从光测图像中得到各个时刻目标中轴线与螺旋线的相交线段的长度,由此可高精度测出空间目标的滚转角,从而有效地解决了靶场试验中空间目标滚转角的测量难题.仿真与实践结果表明,该算法可操作性强,精度较高.

自然背景和人造目标对于某些分形特征存在着一定的本质差别,这些差别为目标检测提供一套全新的方法.研究表明,对于自然背景中嵌入少量人造目标这类简单情况,采用单一的分形特征就能取得较好的检测效果.对于复杂情况下的检测,本文采用Sarkar和Chaudhuri的差分计盒(DBC) 分数维法计算图像的分维数,并用概率松弛法(PRIA) 对分维值进行特征增强.仿真实验表明,该方法具有较好的检测效果.

介绍了一种以激光作光源,采用光学成像原理和CCD图像采集技术实现激光角度测量的方法,给出了系统构成和测量原理,并对系统可达精度及其影响因素进行了分析.结果表明,系统在50～200m的测量距离和±5° 的测量角度内时,测量精度可以达到0.05mrad,满足了隧道盾构施工中对盾构机方位角的高精度测量要求.

介绍利用曝光量控制和图像融合处理技术扩大CCD测量动态范围的原理与方法.用电子快门控制曝光时间,得到强度范围不同的图像,即用低曝光量得到高强度信息,用高曝光量得到同一场景中低强度信息.利用最小二乘法求解CCD响应曲线,引入权重因子融合多幅图像中的有效像素值得到动态范围扩展的图像.在实验中用CCD对小孔的夫朗和费衍射图像进行测量,利用扩展技术得到了能全面反映衍射效应细节的高动态范围图像.